[發明專利]一種基于反激式變壓器的壓電半主動控制裝置

有效

• 申請號: 202110987129.6
• 申請日: 2021-08-26
• 公開（公告）號: CN113809950B
• 公開（公告）日: 2023-01-06
• 發明（設計）人: 吳義鵬;劉軒;季宏麗;裘進浩;虞麗塬
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H02N2/00
• 分類號: H02N2/00;H02M3/335
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 蘇一幟

1.一種基于反激式變壓器的壓電半主動控制裝置，其特征在于，其主要的組成部分包括：壓電元件、振動半主動控制電路和開關控制信號發生模塊；

所述壓電元件粘貼在被控結構上并與振動半主動控制電路連接；

所述振動半主動控制電路，用于控制所述壓電元件兩端的電壓幅值及相位，所述振動半主動控制電路包括：一個反激式變壓器、一個直流電壓源、三個模擬電子開關和至少兩個二極管；

所述開關控制信號發生模塊包括微控制器和模擬開關驅動模塊；

其中，所述直流電壓源用于向反激式變壓器原邊輸入電能，所述反激式變壓器用于向所述壓電元件輸入電能，輸入電能的時序由所述模擬電子開關控制；

所述振動半主動控制電路的電路結構分為：電壓翻轉回路和能量注入回路兩部分；

其中，所述電壓翻轉回路包括：第一N溝道MOS管、P溝道MOS管、第一整流二極管、第二整流二極管以及反激式變壓器的第一、第二副邊線圈；

所述第一整流二極管的陽極與所述壓電元件的一個表面連接，第一整流二極管的陰極與所述反激式變壓器的第一副邊線圈的同名端連接；

所述第一N溝道MOS管的漏極與所述反激式變壓器的第一副邊線圈的非同名端連接，第一N溝道MOS管的源極與所述壓電元件的另一個表面連接并接地，第一N溝道MOS管的柵極與所述模擬開關驅動模塊連接；

所述第二整流二極管的陰極與所述壓電元件的一端連接，第二整流二極管的陽極與所述反激式變壓器的第二副邊線圈的非同名端連接；

所述P溝道MOS管的漏極與所述反激式變壓器的第二副邊線圈的同名端連接，P溝道MOS管的源極與所述壓電元件的另一端連接并接地，P溝道MOS管的柵極與所述模擬開關驅動模塊連接。

2.根據權利要求1所述的基于反激式變壓器的壓電半主動控制裝置，其特征在于，三個模擬電子開關包括：電壓翻轉控制開關組和能量注入控制開關；

其中，所述電壓翻轉控制開關組包括：第一N溝道MOS管和P溝道MOS管，并用于控制振動半主動控制電路工作實現壓電元件的電壓翻轉動作；

所述能量注入控制開關包括：第二N溝道MOS管，并用于調節注入反激式變壓器的電能大小。

3.根據權利要求1所述的基于反激式變壓器的壓電半主動控制裝置，其特征在于，所述反激式變壓器包括：第一副邊線圈、第二副邊線圈和原邊線圈，第一、第二副邊線圈的同名端不相同且與所述原邊線圈相反；

所述原邊線圈用于將直流電源的電能轉化為磁場能并存入反激式變壓器；第一、第二副邊線圈用于將磁場能轉化為電能，并在電壓翻轉過程中將電能注入所述壓電元件以提高翻轉電壓的幅值。

4.根據權利要求1所述的基于反激式變壓器的壓電半主動控制裝置，其特征在于，所述開關控制信號發生模塊還包括控制信號反饋模塊；

所述控制信號反饋模塊，用于實時獲取被控結構的振動位移；

所述微控制器，用于處理控制邏輯并產生開關控制信號；

所述模擬開關驅動模塊，用于根據微控制器輸出的控制信號驅動相應的電子開關斷開或閉合。

5.根據權利要求1所述的基于反激式變壓器的壓電半主動控制裝置，其特征在于，所述能量注入回路包括：

第二N溝道MOS管、反激式變壓器的原邊線圈以及直流電壓源；

所述第二N溝道MOS管的漏極與所述直流電壓源的負極連接，第二N溝道MOS管的源極與所述反激式變壓器的原邊線圈的非同名端連接并接地，第二N溝道MOS管的柵極與所述模擬開關驅動模塊連接；

所述直流電壓源的正極與所述反激式變壓器的原邊線圈的同名端連接。

6.根據權利要求1所述的基于反激式變壓器的壓電半主動控制裝置，其特征在于，所述振動半主動控制電路的二極管包括：第一整流二極管和第二整流二極管，所述振動半主動控制電路的二極管用于在電壓翻轉后自動結束翻轉電壓動作。

7.根據權利要求1-6中任意一項所述的基于反激式變壓器的壓電半主動控制裝置，其特征在于，在所述壓電半主動控制裝置的運行過程中，至少包括以下步驟：

通過控制信號反饋模塊實時獲得結構振動的位移信號并傳輸給所述微控制器；

所述微控制器實時檢測位移信號的極值并在極值處產生兩種開關信號傳輸給模擬開關驅動模塊；

所述模擬開關驅動模塊將兩種開關信號放大并輸出開關驅動模擬信號1與開關驅動模擬信號2并分別作用于電壓翻轉控制開關組與能量注入控制開關；

所述能量注入控制開關在開關驅動模擬信號2的作用下在翻轉電壓動作開始前控制能量注入回路工作并調節注入反激式變壓器的電能大小；

所述反激式變壓器將注入的電能轉化為磁場能儲存并在電壓翻轉動作開始時將磁場能轉化為電能注入控制振動半主動控制電路的電壓翻轉回路；

所述電壓翻轉控制開關組在開關驅動模擬信號1的驅動下控制電壓翻轉回路工作實現壓電元件的電壓翻轉動作，二極管在電壓翻轉后自動結束翻轉電壓的動作。